Pulverizarea termică a gazului este un complex de metode moderne și bine dezvoltate de aplicare a acoperirilor funcționale, regenerative și decorative din cea mai largă gamă de materiale.
Domeniul lor de aplicare este extrem de extins - de la motoare cu reacție și arbori cotiți la implanturi medicale și jante de roți pentru biciclete.
Sub pulverizare termică (Spray Thermal Coating) intelege un set de procese, în care este topit materialul de pulverizare, dispersate (atomizare) și transferate pe suprafață cu ajutorul unui jet de gaz. La impactul cu suprafața, particula de material de pulverizare se răcește instantaneu (viteza de răcire poate ajunge la un milion de grade pe secundă) și este deformată strâns de împerechere cu ea. Din acest motiv, acoperirile termoizolante au o microstructură cu panglică sau plană cu granulație ultrafină. Acoperirea poate conține, de asemenea, pori, iar în cazul pulverizării metalelor, particule de oxizi și nitruri.
Sprayul poate fi atât metale, cât și aliaje, precum și compuși nemetalici, carburi, oxizi, sticle, ceramică și polimeri, precum și materiale compozite. În principiu, această metodă poate pulveriza orice material care nu se descompune la încălzire până la punctul de topire. În rolul unui substrat, pot acționa metale, ceramică, lemn sau materiale plastice.
Aplicarea acoperirilor termoizolante cu gaze a fost practicată în industrie de aproximativ 100 de ani, dar în ultimii 20 de ani s-au produs schimbări semnificative în acest domeniu, care au pus aceste tehnologii la un nou nivel de capacități. Astfel de modificări au fost cauzate de îmbunătățirea echipamentelor tehnologice și a tehnologiei de producere a materiilor prime pentru pulverizare, introducerea unor noi sisteme de automatizare și controlul calității.
Inventatorul metodei de pulverizare termică a gazului a fost Max Ulrich Schop. Pulverizarea plumbului cu o instalație de creuzetă staționară a primit acoperitori pe diverse materiale. Bazându-se pe tehnologia sa din Zurich în 1909, a fost deschisă o fabrică de metalizare. În 1913, Ulrich Schoop a perfecționat și brevetat designul unui pulverizator cu flacără cu gaz, în care materialul de pulverizare a fost introdus în flacăra unui arzător de gaz sub formă de sârmă. Densitatea acoperirilor obținute de Shoop a fost de 85-90% din densitatea unui material compact. În 1918, el și colegii săi au dezvoltat un pulverizator cu arc electric, ceea ce face posibilă acoperirea eficientă a acoperirilor metalice. Metoda de aplicare a straturilor de acoperire prin pulverizare a fost denumită de numele inventatorului tehnologiei prin cumpărături. În 1921, Ulrich Schopp a brevetat tehnologia pulverizării cu flacără cu gaz metalic.
procesele de pulverizare termică pentru a clasifica natura sursei de energie termică (vezi. fig.) în sistemele de flacără, de mare viteză și pulverizare detonație, sursa de energie este căldura generată prin reacția chimică a arderii combustibilului gazos. În procesele de pulverizare cu arc și plasmă, sursa de energie este arcul electric. Să analizăm în detaliu fiecare dintre metodele de pulverizare termo-gaz.
Arderea cu flacără prin ardere
pulverizare cu flacără se efectuează cu ajutorul unui arzător special în care aerul suflat (sau oxigen) și un gaz combustibil (acetilenă, propan, hidrogen sau altele asemenea.) Zona de ardere se alimentează materialul de pulverizare, care este topit arzător cu flacără pulverizat și transferat cu jet de gaz pe suprafață. procese pulverizare cu flacără produc acoperiri cu o porozitate relativ ridicată (5-12%) și aderență scăzută la substrat. Aceasta se datorează vitezei reduse a jetului de gaze (aproximativ 50 m / s). Temperatura flăcării limitează gama de materiale care pot fi pulverizate cu o metodă de flacără în gaz.
Materialul pulverizat poate fi alimentat într-un nebulizator sub formă de tija, sârmă, pudră sau cordon. Materialele metalice sunt în general utilizate sub formă de fire flexibile, care sunt foarte convenabile și asigură continuitatea procesului. Materiale ceramice - sub formă de pulberi sau tije speciale sinterizate. Un dezavantaj semnificativ al utilizării barelor este discontinuitatea procesului.
Atunci când se utilizează pulberi multi-component pentru pulverizare, este posibilă uniformitatea proprietăților de acoperire, cauzată de segregarea (separarea) pulberilor. Această problemă este eliminată prin utilizarea de materiale flexibile pentru cordoane constând din aceeași pulbere deținută de un pachet flexibil. La pulverizare, materialul de liant se evaporă complet și doar materialul pulverulent se fixează pe substrat.
Principalele avantaje ale pulverizării cu flacără în gaz. oferind o distribuție largă, sunt simplitatea și fiabilitatea echipamentelor, precum și mobilitatea. Această metodă poate fi utilizată în câmp (pe drum). Tehnologiile de pulverizare cu flacără de gaz sunt folosite cu succes pentru a repara și restabili geometria pieselor care nu prezintă încărcături serioase.
Plasarea prin pulverizare
Cu această metodă de pulverizare, sursa de energie este un arc electric, aprins între doi electrozi. Prin zona de ardere cu arc, este suflat un gaz inert (de obicei argon cu azot sau hidrogen), care ionizează și formează o plasmă. Temperatura plasmei în regiunea arcului atinge 15 000 ° C O pulbere din materialul depus este introdusă în jetul de plasmă, care se topește și se transferă pe suprafața de tratat. În ciuda temperaturilor ridicate din zona de ardere a arcului, suprafața tratată nu suferă o încălzire puternică, deoarece temperatura scade brusc când părăsiți regiunea arcului.
Plasarea prin pulverizare produce straturi de nichel și aliaje de fier, carburi, nitruri, boruri. Temperatura extrem de ridicată a plasmei permite pulverizarea acestei metode ceramice refractare care conțin oxizi de aluminiu și zirconiu și alte materiale refractare care nu pot fi pulverizate prin alte metode.
Avantajele pulverizare de plasmă sunt, de asemenea, flexibilitatea, capacitatea de a controla proprietățile fizice și mecanice ale acoperirii și flexibilitate, permițând să pulverizare practic orice material, și combinații ale acestora, inclusiv primirea acoperire multistrat compozit.
Echipamentul pentru pulverizarea cu plasmă este mult mai complicat decât pentru pulverizarea cu flacără prin gaz, deoarece include echipamente de gaz și echipamente electrice.
În prezent, se studiază intens și se dezvoltă noi metode de depunere în plasmă. În cazuri deosebit de critice, pentru a obține o aderență ridicată și densitate de acoperire, procesul de plasmă este realizat într-o cameră de vid sub presiune redusă sau într-o atmosferă de gaz inert. Reducerea presiunii conduce la o creștere a vitezei particulelor, ceea ce face posibilă obținerea de acoperiri mai dense. Realizarea procedeului într-o atmosferă de gaz inert exclude interacțiunea materialului pulverizat cu oxigenul, ceea ce face posibilă pulverizarea materialelor active din punct de vedere chimic, de exemplu disilicidul de molibden, intermetalidele. Astfel de acoperiri pot avea duritate ridicată și rezistență chimică la temperaturi ridicate.
O altă modificare promițătoare a metodei plasmei este procesul în care un jet de material pulverizat este înconjurat de un curent de gaz inert pentru a exclude interacțiunea particulelor pulverizate cu oxigen. Avantajele acestei metode sunt aceleași ca pentru procedeul într-o atmosferă inertă.
Arma de Detonare (D-Gun)
Instalația pentru pulverizarea detonantă seamănă cu un mitralier care trage o porțiune din pulberea încălzită. Un amestec de oxigen și gaze combustibile este introdus în camera închisă de ardere la care este atașată cilindrul, iar cilindrul este direcționat spre suprafața pulverizată. O pulbere este introdusă în cameră printr-o deschidere de alimentare. Amestecul este aprins de o scânteie electrică și explodează. Particulele fierbinți împreună cu produsele de combustie zboară spre suprafața care urmează a fi tratată. Temperatura particulelor la momentul impactului atinge 4000 ° C. Frecvența fotografiilor este de 3-4 pe secundă.
Datorită ratei ridicate a emisiilor de particule, acoperirile obținute prin pulverizare detonantă. au rezistență ridicată, duritate și rezistență la uzură. Suprafețele de detonare sunt create prin acoperiri de cermet: carburi de tungsten, titan și cobalt, nitruri de titan și bor, oxid de aluminiu.
Dezavantajul metodei este eterogenitatea acoperirii obținute și complexitatea echipamentului tehnologic.
Combustibil cu oxigen de mare viteză (HVOF)
Tehnologiile de pulverizare de mare viteză sunt pe bună dreptate considerate cele mai moderne metode termo-gaz.
În principiu, metodele HVOF nu se deosebesc de flacăra de gaz, totuși, datorită caracteristicilor de proiectare ale arzătorului, se obțin rate foarte mari de pulverizare.
Există diverse implementări ale ideii de pulverizare de mare viteză. De exemplu, o variantă de realizare include o cameră de combustie și o duză cilindrică lungă, răcită de apă. Oxigenul și gazele combustibile sunt injectate în cameră sub presiune înaltă. Strict, de-a lungul axei arzătorului, este alimentată o pulbere din materialul pulverizat. Un amestec de particule de pulbere topită și produse de combustie cu gaz, care trece prin duza, accelerează la viteză supersonică și zboară în direcția substratului. În sistemele HVOF din prima generație, presiunea în camera de ardere a fost de 0,3-0,5 MPa, viteza de emisie a particulelor a ajuns la 450 m / s. Pentru a accelera în continuare particulele emise, presiunea în cameră este mărită la 1-1,5 MPa, iar duza Laval este injectată în structura pistolului. Vitezele emisiei de particule în acest caz depășesc 1000 m / s.
Acoperirile obținute prin metoda de mare viteză sunt caracterizate de valori ale densității care ating 99% din densitatea materialului compact și de nivelul scăzut al solicitărilor reziduale. Deoarece prezența celui din urmă este principalul factor care limitează grosimea acoperirii, pulverizarea HVOF face posibilă obținerea de acoperiri cu o grosime mult mai mare în comparație cu pulverizarea cu flacără. În ceea ce privește caracteristicile de performanță, acoperirile de mare viteză sunt superioare celor obținute prin pulverizarea detonantă. Într-o serie de aplicații, procesele HVOF înlocuiesc treptat depunerea plasmei.
Având în vedere faptul că particulele incidente au o energie cinetică foarte ridicată, nu este necesară topirea pentru a forma acoperiri de înaltă calitate, ceea ce face ca acest procedeu să fie singurul acceptabil într-un număr de cazuri, de exemplu, în depunerea cermeturilor.
Tehnicile de pulverizare HVOF sunt de neegalat pentru refacerea și prelungirea resurselor componentelor care suportă uzură ridicată la coroziune, cavitație, datorită densității ridicate și rezistenței la uzură a acoperirilor produse.
În țările dezvoltate, depunerea de mare viteză a înlocuit aproape în întregime metodele de depunere în vid și a permis abandonarea învelișurilor galvanice foarte neecologice.
Arc Arc Spray
Pulverizarea cu arc electric este una dintre cele mai economice metode de pulverizare a acoperirilor, caracterizată de un consum redus de energie și de rate mari de depunere. Sursa de încălzire, ca și în cazul depunerii în plasmă, este un arc electric. În acest caz, arcul este aprins între două fire de la materialul pulverizat care este introdus în zona de pulverizare la o viteză constantă. Temperatura în zona arcului poate depăși 5000 ° C. Dispersarea materialului topit și livrarea acestuia către suprafața de tratat este produsă de un jet de gaz comprimat, de obicei aer.
Din moment ce materialul depus acționează ca un electrod, pot fi pulverizate numai prin metode electrodice (metale și aliaje), prin urmare, uneori se numește metalizare prin arc-arc.
Avantajele pulverizării cu arc electric sunt simplitatea, economia și productivitatea ridicată (până la 45 kg / h).
Acest proces este utilizat pe scară largă pentru pulverizarea zincului și a aluminiului anticoroziv utilizat în construcția de nave, infrastructura urbană, echipamente agricole.
Există, de asemenea, arme de arc electric moderne care funcționează în atmosferă inertă și folosesc ca gaz de pulverizare azot sau argon. În aceste instalații, acoperirile sunt obținute din metale active, cum ar fi titan și zirconiu, pentru protecția anticorozivă în industria chimică.
O importanță deosebită în aplicarea oricărui tip de acoperire termoizolantă are un tratament preliminar al suprafeței pulverizate, incluzând operațiile de spălare, degresare și sablare abrazivă. Pre-tratarea afectează rezistența de aderență a stratului pulverizat la substrat. Într-o serie de cazuri, acoperirile termo-gazoase după pulverizare sunt supuse unei prelucrări suplimentare - felitarea, tratarea mecanică sau fizico-chimică etc. care permite îmbunătățirea caracteristicilor de aderență și de performanță ale produsului. Rezultatele bune sunt obținute prin utilizarea acoperirilor termoizolante pe principalele straturi de sudură, care, de regulă, au o ușoară suprafață de relief.
Procesele de pulverizare gaz-termică sunt utilizate pe scară largă datorită unui număr de avantaje semnificative în comparație cu alte metode de acoperire. Acestea includ:
- posibilitatea de acoperire pe obiecte de aproape orice dimensiune și formă;
- cea mai largă gamă de materiale și substraturi depuse;
- aplicarea acoperirilor termo-gazoase nu determină o încălzire semnificativă a suprafețelor tratate;
- nu există deformări de temperatură ale părților pulverizate;
- absența modificărilor structurale ale materialului piesei de prelucrat;
- eficiență economică ridicată și prietenie cu mediul.
Desigur, procesele descrise ar trebui să fie atribuite economiilor de resurse, deoarece acestea prelungesc durata de viață a echipamentului, vă permit să restaurați nodurile uzate și nu le înlocuiți cu altele noi. Utilizarea acoperirilor funcționale face posibilă economisirea materialelor scumpe, făcând parte a piesei dintr-un metal mai ieftin. Introducerea unor procese moderne automatizate de pulverizare termică a gazului în producție permite producerea de produse cu proprietăți de înaltă performanță care îndeplinesc cerințele tehnologiilor moderne.
Trimiteți-le prietenilor: